CN106030230B - 适于热交换和/或物质交换的板机构 - Google Patents

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Abstract

适于热交换和/或物质交换的板机构，具有在各自形成空隙(Z0，Z1，Z2，Z3)的情况下沿周向密封(1)排齐并列的多个板(P0，P1，P2，P3)，它们具有用于流体的上流通开口(2，3)和下流通开口(4，5)，一组上下流通开口(2，5)被指定给至少两种流体并通过相应布置的密封与从上向下被流过的每个第二板间空隙(Z1，Z3)连通，其中，配流喷枪(6)是在所述板(P0，P1，P2，P3)的彼此对齐的上流通开口(2)内延伸的，贯穿所述上流通开口的所述配流喷枪具有用于至少其中一种所述流体的流出口(6a)。此时重要的是，该配流喷枪(6)的流出口(6a)对准下述的板间空隙(Z0，Z2)，所述板间空隙设置在用于待混流体的所述第二板间空隙(Z1，Z3)之间。

Description

适于热交换和/或物质交换的板机构
技术领域
本发明涉及适于热交换和/或物质交换的板机构，其具有在分别形成空隙情况下沿周向密封排齐并列的多个板，这些板具有用于流体的上流通开口和下流通开口，其中，一组上流通开口和下流通开口被指定给至少两种待混流体并通过相应布置的密封与从上向下被流过的每个第二板间空隙相连，其中，配流喷枪是在所述组的彼此对齐的上流通开口内延伸的，贯穿所述上流通开口的所述配流喷枪具有用于至少一种流体的流出口。
背景技术
就在此和以下采用术语“密封”或“封闭”或类似用语而言，它不仅涉及在相邻板之间的单独的真正密封，也包含所述板通过焊接或钎焊即没有附加密封地材料融合连接。
本发明基于本身已知的板式换热器，其中许多流通开口相对于板间空隙被封闭，从而每个第二板间空隙被其中一种流体流过，位于其间的板间空隙被另一种流体流过。例如参见同一申请人的DE 103 22 406，其内容被援引且因而成为本申请内容。在此申请中已经论述了以流入介质尽量均匀地施加至板间空隙。对此提议：在板的流入侧设置许多流入开口，它们延伸在整个板宽范围，因此造成在板间空隙宽度范围对板间空隙均匀施加。
除此之外还有以下要求，给每个第二板间空隙施以一种流体的两个不同相，即，不仅施以液相，也施以气相。在此情况下，首先在液相情况下须考虑保证均匀分配给对应的板间空隙。对此DE 1 269 144(作为本申请权利要求1前序部分的基础)提出：在上流通开口中设有呈喷管形式的配流喷枪。喷管具有径向延伸的喷流孔，液体通过喷流孔在横穿周围的气体空间情况下被供给其对应的板间空隙。通过这种方式，在板间空隙之前和之中造成液相和气相的混匀。
发明内容
本发明基于以下任务：进一步改善两相的混匀，尤其保证液相在整个板宽范围润湿板表面。此时，应该引起在两种流体之间的大接触面积，从而不仅有利于两种液体之间的物理反应且尤其是吸收过程，也促进化学反应。结果，本发明不仅应该适用于相同物质的液相和气相的混合和反应，也适用于不同物质的液相和气相的混合和反应。尤其是，本发明应该以紧凑且低成本的结构为特点。
根据本发明，如此完成该任务，即，该配流喷枪的流出口对准：设置在所述第二板间空隙之间的板间空隙。
因此，这些流出口对于待混流体不是对准对应的板间空隙，而是对准相邻的“假”板间空隙。这些相邻的板间空隙是就其热传递而言起效的区域，即与板间空隙的主要部分相关，按照常见方式通过密封相对于待混流体被封闭。因此，所述流体只能流入“假”板间空隙的上边缘区中，即只能到达在上流通开口下方的一般几毫米到几厘米处延伸的所述密封。由此，混合流体且尤其是液相在所述密封上方积蓄，直到液面高度增高到在其上方的流通开口的下边缘。接着，该液体可以通过该流通开口流入开放的“真”板间空隙。即，该流通开口在某种程度上形成堤坝，该堤坝在“假”板间空隙内蓄拦液体，从而液体只能在达到足够的灌充量时才溢流至其对应的“真”板间空隙。由此出现液体无压分配到“真”板间空隙且在向下流动时出现最佳的薄膜润湿。
使用流通开口作为堤坝导致液体被最佳分配到板间空隙中，确切说不仅通过润湿整个板宽，而且与均施加给在喷枪方向上前后相继的板间空隙相关。
同时，出现两种流体之间的接触面积的增大，由此明显加速两种流体之间的反应。这样的反应可以是吸收过程，尤其当其中一种流体以液相存在而另一种流体以气相存在时；但它也可以是化学反应。在这两种情况下，可以通过流过相邻板间空隙的加热介质或冷却介质来输入热或散走热，视它是否是吸热过程或放热过程。
根据本发明的板机构由此开创了在物理和化学工艺流程中的崭新的应用可能性。
但也在本发明范围内的是，尤其在绝热过程中，通常被加热介质或冷却介质流过的板间空隙被闲置并且只用其来构成期望的堤坝。
尤其合适的是，该配流喷枪的流出口直接设置在所述第二板间空隙内。于是，它们不需倾斜延伸，而是可以径向取向，由此一来，对准精度被明显提高并且尤其也与液体流出速度无关。
为了更好地充分利用堤坝功能而适当的是，配流喷枪延伸于其中的这些流通开口至少在下侧区域内不具有常见的圆形轮廓，而是取而代之地具有大致水平的边缘，该边缘明显在其对应的密封上方延伸且至少延伸经过流通开口最大宽度的约60％、最好是至少约75％。
另外建议，这些板在围绕配流喷枪的流通开口下方具有至少一个小许多的排空开口。排空开口的任务是，当板机构不再被运行时，所蓄拦的液体还能排流入“真”板间空隙中。排流开口因此应该在最深区域内紧接位于流通开口周围的密封的上方。
因为该配流喷枪具有比围绕其的流通开口小许多的直径，故建议其仅被液相流过，而气相在包围配流喷枪的环形空间内流动。但如果这两种流体都是液体，则建议将较黏稠的和/或比重较大的液体供给配流喷枪。
当优选在吸收式制冷机或吸收式热泵的范围内将板机构用于吸收制冷剂时合适的是，通过液体吸收制冷剂蒸气。此时，相邻的板间空隙被冷却剂流过，冷却剂获得并送走在吸收时出现的热。
在板机构内没有进行吸热反应或放热反应的应用场合中建议，可连通至加热介质或冷却介质的板间空隙(此时是闲置的)包含多个间隔体，这些间隔体保证被流体流过的相邻板间空隙不鼓凸。
这些间隔体适当地由波浪形型材构成，其呈条状延伸穿过待支承的板间空隙。
本发明的另一个合适的改进方案在于，所谓的第二板间空隙(即应在此发生在多种流体之间的物理或化学过程或反应的板间空隙)，具有比相邻的板间空隙更大的空隙厚度。缝隙厚度比例与不同体积流匹配，适当地为1:1至1:2之间。
为了进一步增大两种待混流体之间的接触面积而在本发明改进方案中建议，在与之对应的板间空隙内设置呈波浪形走向的中间层，该中间层在其波峰处贴靠至少一个板且最好是贴靠两个板并且被许多孔穿过。由此，这些流体在向下流过板间空隙时遇到稳定的紊流和混合。同时，该中间层可起到间隔体作用，视乎相邻板间空隙之间存在哪种压差而定。
根据本发明的板机构的优选用途在权利要求16至20中被限定。此时实现了本发明的主要优点，即，稠度截然不同的物质在与之对应的板间空隙内被最佳混合，这是因为溢流堤坝在流入区域内就已造成大致滴状的液体流动成为液体沿板宽度的宽广分配。此时在能量方面很有利的是，不再像迄今那样通过在配流喷枪内的高压和相应压力损失引起比较粘稠的流体分布到各个板间缝隙。
附图说明
从以下对实施例的说明以及附图中得到本发明的其它特征和优点，其中：
图1是板机构的板的俯视图；
图2是多个并排布置的板的放大竖向剖视图；
图3是沿图2的线III-III的横剖视图；
图4是几个相邻的板的水平剖视图；和
图5是板机构的斜视图；
图6示出板机构应用在吸收循环范围内。
具体实施方式
图1示出常见的板式换热器的板P1的俯视图。它在外周面具有环绕的边缘密封1并在其四个角具有四个常见的流通开口2、3、4和5。在此，两个上/下对置的流通开口(在此是流通开口2和5)通过密封圈2a和5a相对于板的可见传热面被隔断，而另外两个流通开口3、4相对其开放，因而流入流通开口的流体能润湿该可见板面，就像由所画箭头所示的那样。可见板面属于在图2中的通常被加热介质或冷却介质流过的板间空隙Z0或Z2。
而在所示板P1后面有被指定给待混流体的空隙Z1或Z3(见图2)。因而在那里流通开口3、4被密封环绕，而在所示板的背面缺少密封2a、5a。
另外，人们可在图1和图2中看到，在上流通开口2中设有直径小许多的配流喷枪6。如图2所示，配流喷枪6沿轴向贯穿彼此相邻的板P0、P1、P2、P3、P4的多个流通开口2。在非指定给待混流体的板间空隙中(即在“假”板间空隙Z0、Z2中)，配流喷枪6分别具有向下突出的流出口6a。
在板式换热器运行中，这些流通开口2被第一流体(大多是气体)流过，而配流喷枪6被第二流体(一般是液体)流过。在气态第一流体被顺利分配至“真”板间空隙时，液态流体借助配流喷枪6首先被供给“假”板间空隙Z0、Z2，在所述“假”板间空隙处，流通开口2被所述密封2a环绕。因而，“假”板间空隙一直被填充液体，直至达到流通开口2的下边缘。在图2和图3中示出了这种状态。
在液体继续供入时，在密封2a内的板部分起到堤坝作用，液体在两侧越过堤坝作为薄膜向下流入“真”板间缝隙中。在此，流通开口2的下边缘由笔直的水平延伸的边缘部2b构成，以便溢流开始时就具有一定宽度。边缘部2b此时在这样的高度水平延伸，其最好高于在密封2a的下边缘与配流喷枪6两者之间距离的一半。
在具有长配流喷枪6的很大的板叠组情况下，可能合适的是：流出口6a的横截面随着离液体入口越远而增大。由此获得液体更均匀地分配到后续接连的板间空隙。
图4示出多个板的水平剖开部分。在此，在板间空隙内设有呈波浪状内衬形式的间隔体7、8。如此设定该间隔体的尺寸，即它们贴靠两个相邻的板并因此造成：横向于板平面的对这些板的支承。由此避免在相邻板间空隙之间有大压差时的板鼓凸。
此外，这些设于被待混流体流过的板间空隙内的间隔体(在此实施例中是间隔体7)配设有多个开口7a。由此，流体可流过间隔体7，由此利于其混合。
图4还示出：板间空隙可以具有不同的空隙尺寸，不同于图3所示。尤其是，比之被加热介质或冷却介质流过或未占用的板间空隙，被待混流体流过的板间空隙可以具有更大的空隙宽度。
图5示出要用在吸收过程中的完整的板机构的斜视图。在此，如图1的左上区域所示，规定了输入气态或蒸汽状的工作介质和要与之混合的溶剂。在溶剂被供给配流喷枪6的情况下，通过弯管16实现工作介质的输入。在板孔2内延伸的配流喷枪6相对于弯管16被密封并且在合适的部位横穿它。由此，工作介质和溶剂可以被单独加入并且两种流体的混合恰好仅始于板上方。
在左下边缘处，富含工作介质的溶液在接管17处流出该板机构。
接管18和19对应于图1中的流通开口3、4并且用于冷却水的流入或流出，冷却水获得在吸收过程中散发的热。
图6示出该板机构在吸收过程中的优选应用，在所示实施例中是用在吸收式制冷机中，但同样用在吸收式热泵中是合适的。
吸收式制冷机或热泵的功能是已知的现有技术，因而未详加描述。就此重要的是：形成在图6中由附图标记A标示的吸收体。给它供应呈气状或蒸汽状的合适的工作介质。该工作介质应该与溶剂混合，以便在两种流体之间出现吸收过程。为此，大多具有相对黏稠稠度的溶剂被供给配流喷枪6，而气状或蒸汽状的工作介质被供给配流喷枪周围的空间。两种流体的混合在所谓的第二板间空隙内进行，在这里，通过将液体分配到板间空隙的宽度范围，提供了在工作介质和溶剂之间的大的反应面积。由此在横穿板间空隙时出现了：通过溶剂强烈吸收工作介质，并且在流过板间空隙后，溶剂在下端离开板间空隙时富含了大量工作介质。
在吸收过程中释放的过程热QA被流入所述第一板间空隙的流体获得并送走。
在这里，与吸收过程相关地描述了用途。但将板机构用于化学反应也同样在本发明的范围内，此时不同的物质应在板间空隙内混合。

Claims (21)

1.一种适于热交换和/或物质交换的板机构，其具有多个板(P0，P1，P2，P3)，所述多个板在分别形成空隙(Z0，Z1，Z2，Z3)的情况下沿周向密封(1)排齐并列，这些板具有用于流体的上流通开口(2，3)和下流通开口(4，5)，
其中，一组所述上流通开口和下流通开口(2，5)被指定给至少两种流体并通过相应布置的密封与从上向下被流过的每个第二板间空隙(Z1，Z3)连通，并且
其中，配流喷枪(6)是在所述板(P0，P1，P2，P3)的彼此对齐的上流通开口(2)内延伸的，贯穿所述上流通开口的所述配流喷枪具有用于至少其中一种所述流体的流出口(6a)，
其特征是，
该配流喷枪(6)的流出口(6a)对准下述板间空隙(Z0，Z2)，所述板间空隙设置在用于待混合的流体的所述第二板间空隙(Z1，Z3)之间。
2.根据权利要求1所述的板机构，其特征是，该流出口(6a)大致沿径向向下并且就位在所述第二板间空隙(Z0，Z2)内。
3.根据权利要求1所述的板机构，其特征是，用于该配流喷枪(6)的流通开口(2)具有大致水平延伸的下边缘(2b)。
4.根据权利要求3所述的板机构，其特征是，该水平延伸的下边缘(2b)具有该流通开口(2)的直径的至少60％的长度。
5.根据权利要求1所述的板机构，其特征是，这些板(P0，P1，P2，P3)在围绕该配流喷枪(6)的流通开口(2)下方具有至少一个较小的排空开口(10)。
6.根据权利要求5所述的板机构，其特征是，该排空开口(10)在最低区域位于围绕该流通开口(2)的密封(2a)上方。
7.根据前述权利要求之一所述的板机构，其特征是，该配流喷枪(6)被指定给液相流体。
8.根据权利要求7所述的板机构，其特征是，该流通开口(2)的围绕所述配流喷枪(6)的区域被指定给气相流体。
9.根据权利要求1至6之一所述的板机构，其特征是，在有两种待相互混合的液体情况下，该配流喷枪(6)被指定给较黏稠的液体。
10.根据权利要求1至6之一所述的板机构，其特征是，被指定给该配流喷枪(6)的液体是适于吸收另一流体的液体。
11.根据权利要求10所述的板机构，其特征是，被指定给该配流喷枪(6)的液体是离子液。
12.根据权利要求1至6之一的所述板机构，其特征是，与前述第二板间空隙(Z0，Z2)相邻设置的板间空隙(Z1，Z3)能被连通至加热介质或冷却介质。
13.根据权利要求1至6之一所述的板机构，其特征是，至少被指定给待混流体的板间空隙(Z1，Z3)包括间隔体(7)。
14.根据权利要求13所述的板机构，其特征是，该间隔体(7)被构成为波浪型材。
15.根据权利要求13所述的板机构，其特征是，该间隔体(7)具有许多流通开孔(7a)。
16.根据权利要求3所述的板机构，其特征是，该水平延伸的下边缘(2b)具有该流通开口(2)的直径的至少75％的长度。
17.将根据权利要求1至16中的一项的板机构用作吸收器的用途。
18.根据权利要求17所述的用途，其特征是，两种执行吸收过程的流体被指定给所述第二板间空隙(Z1，Z3)，并且两种流体之一流过该配流喷枪(6)。
19.根据权利要求18所述的用途，其特征是，液相流体流过该配流喷枪(6)。
20.根据权利要求18或19所述的用途，其特征是，气相流体流入该配流喷枪(6)周围的空间。
21.根据权利要求19所述的用途，其特征是，该液相流体是离子液。
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